Objective-C中的NetworkExtension网络扩展

一、NetworkExtension 框架概述

在 iOS 和 macOS 开发中，NetworkExtension 框架提供了强大的网络扩展功能，允许开发者在应用内对网络连接进行定制化管理，这对于开发具有特殊网络需求的应用，如 VPN 客户端、网络代理等，尤为重要。Objective - C 作为苹果生态系统早期的主要编程语言，能够很好地利用 NetworkExtension 框架的特性来实现复杂的网络功能。

NetworkExtension 框架提供了多个类来处理不同类型的网络扩展场景，例如 NEVPNManager 用于管理 VPN 配置和连接，NEHotspotConfigurationManager 用于管理 Wi - Fi 热点配置等。这些类为开发者提供了高层次的接口，通过这些接口，开发者可以以一种相对简单的方式与系统网络服务进行交互，而无需深入了解底层网络协议的细节。

二、VPN 相关功能实现

2.1 创建和配置 VPN 连接

在 Objective - C 中，要创建和配置 VPN 连接，我们主要使用 NEVPNManager 类。首先，需要获取 NEVPNManager 的共享实例：

NEVPNManager *vpnManager = [NEVPNManager sharedManager];

接下来，我们可以配置 VPN 的各种参数，比如服务器地址、认证方式等。以配置 IKEv2 VPN 为例：

vpnManager.protocolConfiguration = [[NEVPNProtocolIKEv2 alloc] init];
NEVPNProtocolIKEv2 *ikev2Protocol = (NEVPNProtocolIKEv2 *)vpnManager.protocolConfiguration;
ikev2Protocol.serverAddress = @"vpn.example.com";
ikev2Protocol.authenticationMethod = NEVPNIKEAuthenticationMethodCertificate;
// 如果使用用户名密码认证
// ikev2Protocol.username = @"your_username";
// ikev2Protocol.passwordReference = (NSData *)CFBridgingRelease(SecKeychainFindGenericPassword(NULL, 0, NULL, 0, NULL, 0, NULL, NULL));

在上述代码中，我们设置了 IKEv2 VPN 的服务器地址，并选择了证书认证方式。如果要使用用户名密码认证，可以按照注释中的代码进行设置。

配置完成后，需要保存配置：

[vpnManager saveToPreferencesWithCompletionHandler:^(NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"保存 VPN 配置失败: %@", error);
    } else {
        NSLog(@"VPN 配置保存成功");
    }
}];

2.2 连接和断开 VPN

一旦配置保存成功，就可以连接 VPN 了。连接 VPN 使用 NEVPNManager 的 connect 方法：

[vpnManager connect];

要监控 VPN 的连接状态，可以注册 NSNotificationCenter 来监听 NEVPNStatusDidChange 通知：

[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(vpnStatusDidChange:) name:NEVPNStatusDidChangeNotification object:nil];
- (void)vpnStatusDidChange:(NSNotification *)notification {
    NEVPNStatus status = [((NEVPNConnection *)notification.object) status];
    switch (status) {
        case NEVPNStatusConnecting:
            NSLog(@"VPN 正在连接...");
            break;
        case NEVPNStatusConnected:
            NSLog(@"VPN 已连接");
            break;
        case NEVPNStatusDisconnecting:
            NSLog(@"VPN 正在断开连接...");
            break;
        case NEVPNStatusDisconnected:
            NSLog(@"VPN 已断开连接");
            break;
        default:
            break;
    }
}

当需要断开 VPN 连接时，调用 NEVPNConnection 的 disconnect 方法：

NEVPNConnection *connection = vpnManager.connection;
[connection disconnect];

2.3 处理 VPN 认证挑战

在连接 VPN 过程中，可能会遇到认证挑战，比如需要输入用户名密码或者提供证书。我们可以通过实现 NEVPNConnectionDelegate 协议来处理这些挑战。首先，在类中声明遵循该协议：

@interface YourViewController : UIViewController <NEVPNConnectionDelegate>

然后，设置 NEVPNConnection 的代理：

NEVPNConnection *connection = vpnManager.connection;
connection.delegate = self;

实现代理方法来处理认证挑战：

- (void)vpnConnection:(NEVPNConnection *)vpnConnection willSendIKEv2AuthenticationChallenge:(NSMutableDictionary<NSString *,id> *)challenge completionHandler:(void (^)(NSDictionary<NSString *,id> * _Nullable response))completionHandler {
    // 处理 IKEv2 认证挑战
    if ([challenge[NSURLAuthenticationMethodEAP] isEqualToString:@"EAP - MSCHAP - v2"]) {
        NSMutableDictionary *response = [NSMutableDictionary dictionary];
        response[NSURLAuthenticationMethodEAP] = @"EAP - MSCHAP - v2";
        response[NSURLAuthenticationUsernameKey] = @"your_username";
        response[NSURLAuthenticationPasswordKey] = @"your_password";
        completionHandler(response);
    }
}

在上述代码中，我们处理了 IKEv2 认证中的 EAP - MSCHAP - v2 挑战，提供了用户名和密码。

三、网络代理相关功能实现

3.1 设置 HTTP 代理

在应用内设置 HTTP 代理可以通过 NEProxySettings 类来实现。首先，创建一个 NEProxySettings 对象：

NEProxySettings *proxySettings = [[NEProxySettings alloc] init];
proxySettings.httpEnabled = YES;
proxySettings.httpServer = [[NEProxyServer alloc] initWithAddress:@"proxy.example.com" port:8080];

上述代码启用了 HTTP 代理，并设置了代理服务器地址和端口。如果需要设置 HTTPS 代理，同样可以进行类似的设置：

proxySettings.httpsEnabled = YES;
proxySettings.httpsServer = [[NEProxyServer alloc] initWithAddress:@"proxy.example.com" port:8080];

要将这些代理设置应用到应用的网络请求中，可以通过 NSURLSessionConfiguration 来配置：

NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
configuration.connectionProxyDictionary = [proxySettings dictionaryRepresentation];
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:configuration];

3.2 自动代理配置（PAC）

自动代理配置（PAC）允许根据 URL 动态选择代理服务器。在 NetworkExtension 中，可以通过设置 NEProxySettings 的 pacScriptURL 属性来实现。首先，准备一个 PAC 脚本文件，并将其放置在服务器上，例如 http://example.com/proxy.pac。然后，设置代理配置：

NEProxySettings *proxySettings = [[NEProxySettings alloc] init];
proxySettings.automaticProxyConfigurationEnabled = YES;
proxySettings.automaticProxyConfigurationURL = [NSURL URLWithString:@"http://example.com/proxy.pac"];

同样，需要将这些设置应用到 NSURLSessionConfiguration 中：

NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
configuration.connectionProxyDictionary = [proxySettings dictionaryRepresentation];
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:configuration];

四、Wi - Fi 热点配置管理

4.1 创建和保存 Wi - Fi 热点配置

在 Objective - C 中，使用 NEHotspotConfigurationManager 类来管理 Wi - Fi 热点配置。首先，创建一个 NEHotspotConfiguration 对象：

NEHotspotConfiguration *configuration = [[NEHotspotConfiguration alloc] initWithSSID:@"YourWiFiSSID" passphrase:@"YourWiFiPassword" isWEP:NO];

上述代码创建了一个 Wi - Fi 热点配置，指定了 SSID 和密码，并表明不是 WEP 加密方式。然后，保存这个配置：

[NEHotspotConfigurationManager.sharedManager applyConfiguration:configuration completionHandler:^(NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"保存 Wi - Fi 热点配置失败: %@", error);
    } else {
        NSLog(@"Wi - Fi 热点配置保存成功");
    }
}];

4.2 连接 Wi - Fi 热点

保存配置后，可以尝试连接 Wi - Fi 热点。这需要用户授权，因为连接 Wi - Fi 涉及到系统级操作。可以通过调用 NEHotspotConfigurationManager 的 applyConfiguration:completionHandler: 方法来触发连接，系统会弹出授权提示框：

[NEHotspotConfigurationManager.sharedManager applyConfiguration:configuration completionHandler:^(NSError * _Nullable error) {
    if (error) {
        NSLog(@"连接 Wi - Fi 热点失败: %@", error);
    } else {
        NSLog(@"正在尝试连接 Wi - Fi 热点");
    }
}];

4.3 监控 Wi - Fi 连接状态

要监控 Wi - Fi 连接状态，可以注册 NSNotificationCenter 来监听 NEHotspotHelperDidDetectNetwork 通知：

[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(hotspotNetworkDetected:) name:NEHotspotHelperDidDetectNetwork object:nil];
- (void)hotspotNetworkDetected:(NSNotification *)notification {
    NSDictionary *userInfo = notification.userInfo;
    NEHotspotNetwork *network = userInfo[NEHotspotHelperNetworkKey];
    if (network.isAutoJoined) {
        NSLog(@"已自动连接到 Wi - Fi 热点: %@", network.SSID);
    }
}

在上述代码中，当检测到 Wi - Fi 网络时，我们检查是否是自动连接的，并打印出 SSID。

五、网络扩展的权限与限制

权限要求
- 使用 NetworkExtension 框架中的 VPN 相关功能，应用需要在 Info.plist 文件中声明特定的权限。例如，对于 iOS 应用，需要添加 NEVPNManager 的权限声明：

<key>NEVPNManager</key>
<dict>
    <key>NSRequiresEntitlement</key>
    <true/>
</dict>

- 在 macOS 上，也需要类似的权限声明，具体取决于应用所使用的网络扩展功能类型。

2. 限制 - 系统限制：苹果系统对网络扩展功能有严格的限制，以确保系统的安全性和稳定性。例如，VPN 应用必须通过苹果的审核流程，并且不能进行恶意的网络操作，如未经授权的网络监听等。 - 应用沙盒限制：在 iOS 和 macOS 应用沙盒环境下，网络扩展功能也受到一定限制。例如，应用不能直接访问底层网络设备，所有网络操作都必须通过系统提供的接口进行。这就要求开发者在实现网络扩展功能时，要遵循苹果的开发规范，合理使用 NetworkExtension 框架提供的接口。

六、与其他框架的结合使用

与 CoreData 的结合 在开发网络扩展应用时，可能需要存储一些网络配置信息，如 VPN 配置、代理设置等。这时可以结合 CoreData 框架来进行数据持久化。例如，将 VPN 配置中的服务器地址、认证方式等信息存储到 CoreData 实体中：

// 获取 CoreData 上下文
NSManagedObjectContext *context = [self managedObjectContext];
// 创建 VPN 配置实体
VPNConfiguration *vpnConfig = [NSEntityDescription insertNewObjectForEntityForName:@"VPNConfiguration" inManagedObjectContext:context];
vpnConfig.serverAddress = @"vpn.example.com";
vpnConfig.authenticationMethod = @"Certificate";
NSError *error = nil;
if (![context save:&error]) {
    NSLog(@"保存 VPN 配置到 CoreData 失败: %@", error);
}

与 MapKit 的结合 对于一些需要根据地理位置进行网络配置的应用，可以结合 MapKit 框架。例如，当用户处于特定地理位置时，自动切换到相应的 VPN 配置或网络代理。通过获取用户的位置信息：

CLLocationManager *locationManager = [[CLLocationManager alloc] init];
locationManager.delegate = self;
[locationManager requestWhenInUseAuthorization];
[locationManager startUpdatingLocation];
- (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager didUpdateLocations:(NSArray<CLLocation *> *)locations {
    CLLocation *location = locations.lastObject;
    // 根据位置信息进行网络配置切换
    if (location.coordinate.latitude > 30.0 && location.coordinate.longitude < 120.0) {
        // 切换到特定的 VPN 配置
        NEVPNManager *vpnManager = [NEVPNManager sharedManager];
        vpnManager.protocolConfiguration = [[NEVPNProtocolIKEv2 alloc] init];
        // 配置其他参数
        // 保存配置等操作
    }
}

在上述代码中，当获取到用户位置信息后，根据经纬度判断是否满足特定条件，如果满足则切换到特定的 VPN 配置。

通过合理结合其他框架，能够进一步增强 NetworkExtension 网络扩展功能的实用性和灵活性，满足更复杂的应用需求。

七、常见问题与解决方法

VPN 连接失败
- 问题描述：调用 connect 方法后，VPN 无法连接，并且在 NEVPNStatusDidChange 通知中收到 NEVPNStatusDisconnected 状态。
- 可能原因：
  - 配置错误，如服务器地址不正确、认证方式不匹配等。可以仔细检查 VPN 配置参数，确保服务器地址、用户名密码（如果使用）、认证方式等都正确无误。
  - 网络问题，如设备当前网络不可用，或者存在网络限制。可以通过检查设备的网络连接状态，尝试连接其他网络服务来确认网络是否正常。
  - 权限问题，应用可能没有获取到足够的权限来进行 VPN 连接。确保在 Info.plist 文件中正确声明了所需的权限，并且应用已经通过苹果审核（如果是上架应用）。
- 解决方法：
  - 重新检查和修正 VPN 配置，如重新输入服务器地址、确认认证方式等。
  - 检查网络连接，尝试切换网络（如从 Wi - Fi 切换到蜂窝网络），或者检查网络限制设置。
  - 确认权限设置，必要时重新提交应用审核以获取正确的权限。
代理设置不生效
- 问题描述：设置了 HTTP 代理或自动代理配置（PAC）后，应用的网络请求仍然没有通过代理服务器。
- 可能原因：
  - 代理设置没有正确应用到 NSURLSessionConfiguration 中。确保在设置 NEProxySettings 后，正确地将其 dictionaryRepresentation 应用到 NSURLSessionConfiguration 的 connectionProxyDictionary 属性中。
  - 网络请求可能没有使用配置了代理的 NSURLSession。检查应用中发起网络请求的代码，确保使用的是配置了代理的 NSURLSession 实例。
  - 代理服务器问题，如代理服务器不可用、端口被占用等。可以尝试使用其他代理服务器，或者检查代理服务器的运行状态。
- 解决方法：
  - 再次确认代理设置到 NSURLSessionConfiguration 的应用过程，确保代码正确。
  - 检查网络请求代码，修改为使用配置了代理的 NSURLSession。
  - 联系代理服务器管理员，确认代理服务器状态，或者尝试更换代理服务器。
Wi - Fi 热点连接失败
- 问题描述：调用 applyConfiguration:completionHandler: 方法后，无法成功连接到 Wi - Fi 热点。
- 可能原因：
  - 配置错误，如 SSID 或密码不正确。仔细检查 NEHotspotConfiguration 中设置的 SSID 和密码，确保与实际的 Wi - Fi 热点信息一致。
  - 用户未授权，连接 Wi - Fi 热点需要用户授权，如果用户拒绝授权，则无法连接。在调用 applyConfiguration:completionHandler: 方法后，系统会弹出授权提示框，确保用户点击了授权按钮。
  - Wi - Fi 热点问题，如热点信号弱、连接设备数量限制等。可以尝试靠近 Wi - Fi 热点，或者检查热点的连接限制设置。
- 解决方法：
  - 重新检查 Wi - Fi 热点配置，确保 SSID 和密码正确。
  - 如果用户未授权，向用户提示需要授权连接 Wi - Fi 热点，并再次调用 applyConfiguration:completionHandler: 方法。
  - 尝试解决 Wi - Fi 热点自身的问题，如调整热点位置、联系热点管理员解除连接限制等。

通过对这些常见问题的分析和解决，可以帮助开发者在使用 NetworkExtension 框架进行网络扩展开发时，更顺利地实现所需的功能。